DE3801647C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung eines Allradaggregats - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Prüfung eines Allrad­ aggregats durch Simulation von Fahrzuständen des zugehörigen Fahrzeugs in einem Allradprüfstand, in dem das Allradaggregat mit einer Vorder­ maschine und jeweils an den Achsen mit einer Hintermaschine gekuppelt ist.

Mit einem Allradprüfstand soll das Verhalten eines Allradaggregats eines Kraftfahrzeugs bei unterschiedlichen statischen und dynamischen praxisnahen Belastungszuständen festgestellt werden. Insbesondere sollen nicht nur stationäre Belastungen, sondern auch dynamische Aus­ gleichsvorgänge nachgebildet und geprüft werden.

Die Allradaggregate können unterschiedlich ausgebildet sein. Unter­ schiede sind in Bezug auf Leistung, Art (Schalt- oder Wandlergetriebe), den Übersetzungsbereich, die Lastverteilung (Art des Verteilergetriebes, der Differentialsperre, der Differentialbremse) vorhanden.

Als Antrieb für das Allradaggregat wird ein Elektromotor oder ein Verbrennungsmotor verwendet. Die Belastungen an den Achswellen werden mit Hilfe von Gleichstrommaschinen simuliert. Deshalb werden im Prüf­ stand an den vier Achswellen Bremsaggregate mit den Gleichstrommaschinen angekuppelt. Die Gleichstrommaschinen simulieren für eine angenommene Fahrt den Drehzahlverlauf. Dieser ist einerseits vom Verbrennungsmotor und dem Verhalten des Antriebsstranges, andererseits von den Fahrwider­ ständen, der Fahrzeugmasse und dem Übertragungsverhalten des Reifens zur Straße abhängig.

Ein Steuergerät nimmt statt eines Fahrers während einer simulierten Fahrt Einfluß auf den Verbrennungsmotor und auf Teile des Antriebs­ strangs (Wählhebelstellung, Schaltgetriebe, Kupplung, Differentialsperre usw.). Mit dem Prüfstand werden die Achswellendrehzahlen und die Achs­ wellenmomente der einzelnen Antriebsstränge über die Bremsaggregate gemessen. Hieraus wird die Fahrgeschwindigkeit bestimmt.

Die Drehmomente in den Achswellen werden vom Kfz-Motor und dem Über­ tragungsverhalten des zu prüfenden Antriebsstranges verursacht.

Die Bauteile des Antriebsstranges bestimmen die dynamische und statische Aufteilung der Last auf die Räder und zwar in Reaktion auf die sich einstellende Achswellendrehzahl. Die Fahrt wird durch das Zusammenwirken mehrerer Modelle simuliert, die sich wechselseitig über den Prüfling und/oder direkt beeinflussen.

Um die gleichen Belastungszustände wie auf der Straße zu erhalten, ist die Struktur der Fahrsimulation so aufgebaut, daß sich der Antriebs­ strang auf die Einflüsse des Verbrennungsmotors und der Achswellen frei einstellen kann. Der Verbrennungsmotor dient als Energiequelle und liefert an den Antriebsstrang ein Drehmoment, das im folgenden auch mit M_M bezeichnet wird. Auf dieses Drehmoment reagiert der Antriebsstrang und führt die im folgenden auch mit n_M bezeichnete Drehzahl des Ver­ brennungsmotors. Der Antriebsstrang leitet die ihm zugeführte Energie an die Achswellen weiter und erzeugt dort die Achswellenmomente, die im folgenden mit M_A bezeichnet sind.

Durch sein konstruktiv bedingtes Übertragungsverhalten - und der dadurch hervorgerufenen Reaktion der vier Achswellendrehzahlen - ergibt sich eine bestimmte Momentenaufteilung, d. h. die vier Achswellenmomente M_A können wie im Straßenbetrieb unterschiedlich hoch werden.

Bekannt ist ein Prüfstand für Kraftfahrzeugkomponenten wie Motoren, Getriebe und Achsen, mit dem die an die jeweilige Kraftfahrzeugkomponente anzukoppelnde Masse durch ihr Trägheitsmoment einschließlich einer Federsteifigkeit und einer Dämpfung elektrisch simuliert werden. Der Prüfstand enthält eine momentengeregelte elektrische Maschine und ein elektronisches Übertragungsglied sowie das Trägheitsmoment, die Federsteifigkeit und die Dämpfung simulierende elektronische Funktionsglieder (DE 34 16 496 A1).

Bei einem anderen bekannten Prüfstand für Drehmomenterzeuger wie Brennkraftmaschinen ist der Prüfling über seine Welle mit einem elektrischen Antrieb verbunden, der ein konstantes Trägheitsmoment hat. Der Antrieb simuliert im Prüfstand entsprechend einem in einer Datenverarbeitungseinrichtung gespeicherten Programm das Drehmoment der Last und deren veränderliches Trägheitsmoment. Auf diese Weise kann der Prüfling beispielsweise mit einem Fahrzeug zugeordneten Drehmomenten und veränderlichen Trägheitsmomenten geprüft werden. Gemessen wird das zwischen Prüfling und Antrieb ausgetauschte äußere Drehmoment sowie das vom elektrischen Antrieb aufgebrachte Drehmoment. Daraus wird ein Modelldrehmoment gebildet und mit dem Lastmoment zum Sollwert für den elektrischen Antrieb zusammengesetzt (DE 32 25 035 A1).

Bekannt ist weiterhin ein Prüfstand mit einer Einrichtung zur Drehmoment- oder Drehzahlregelung einer elektrischen Vorder- und/oder Hintermaschine, die an ein automatisches Getriebe angekuppelt werden. Die über das automatische Getriebe gekuppelten elektrischen Antriebe können wahlweise sowohl drehzahl- als auch momentengeregelt gefahren werden. Es lassen sich damit gewünschte Drehzahl-Drehmoment-Kennlinien durchfahren. Die Ausgangsgröße eines Drehzahlreglers liefert dabei die Steuergröße für das Stellglied der Maschine, wobei die Führungsgröße für die regelbare Begrenzung des Drehzahlreglers vom Ausgangssignal eines Drehmomentreglers abgeleitet wird (DE 23 35 758 A1).

Schließlich ist ein Maschinenprüfstand bekannt, bei dem an die An- und Abtriebswelle eines Ausgleichgetriebes elektrische Maschinen angekuppelt sind. Jede elektrische Maschine ist in einem Stromregelkreis und einem diesem überlagerten Regelkreis für eine vorgebbare Regelgröße angeordnet. Die vorgebbare Regelgröße für die Antriebsregelstrecke ist die Antriebsdrehzahl. Die vorgebbare Regelgröße für die Abtriebsregelstrecken ist das Drehmoment (DE 24 47 632 A1).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung dahingehend weiterzuentwickeln, daß Fahrzeugzustände auch bei niedrigen Werten der Reifenhaftung simuliert werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Mit den im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen ist es möglich, den Fahrbetrieb auch für vereiste Straßen zu simulieren. Die Kennlinie der Umfangskraft des Reifens als Funktion der Drehzahldifferenz zwischen der Reifendrehzahl und der der Fahrgeschwindigkeit entsprechenden Drehzahl enthält indirekt Werte der Reifenhaftung. Durch die Vorgabe sehr geringer Umfangskräfte, d. h. geringer Reibungswerte, läßt sich ein Durchrutschen des jeweiligen Rads simulieren.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird zu dem Istwert der Achsdrehzahl jeweils über eine dem Drehmoment der Radbremse entsprechende Kennlinie ein Bremsmoment bestimmt, das vorzeichenrichtig mit dem Istwert des Achsmoments und der Reifenumfangskraft aufsummiert wird. Mit diesem Verfahren können zugleich Bremsvorgänge simuliert werden.

Vorzugsweise werden die Differenzen der an den Rädern angreifenden Momente vorzeichenrichtig aufsummiert und als Summenkraft vorzeichenrichtig mit auf die Fahrzeugmasse wirkenden vorgebbaren Kräften zu einer Differenzkraft summiert, die nach Integration und Division durch die Fahrzeugmasse als Fahrzeuggeschwindigkeit in die Führungsgrößen für die einzelnen Räder umgerechnet wird. Mit diesen Maßnahmen wird der Fahrbetrieb auf der Ebene des Fahrzeugs simuliert. Die Fahrgeschwindigkeit wird mit Hilfe der am Antriebsstrang über die Hintermaschinen gemessenen Achswellendrehzahlen und Achswellenmomente bestimmt.

An dieser aus dem Modell bezogenen Fahrgeschwindigkeit orientieren sich in ihrem Verhalten stets alle vier Hintermaschinen.

• - Bei Geradeausfahrt, gleichgroßen Reifenradien und ausreichender Haftung der Reifen laufen alle Maschinen mit der der Fahr­ geschwindigkeit entsprechenden Drehzahl n_ACHSE=v_{KFZ *} 1/R_{dyn *} (1-s),worin mit v_KFZ die Fahrzeuggeschwindigkeit, mit R_dyn der dynamische Rollradius und mit s der Schlupf zwischen Reifen und Straße bezeichnet sind.
• - Bei Kurvenfahrt überlagert sich eine Drehzahlkorrektur, die sich wie auf der Straße ausbilden kann, wenn es der Prüfling aufgrund seines Verhaltens zuläßt (freies Differential).
• - Bei überschrittener Reifenhaftung (Durchrutschen) werden vorstehende Zusammenhänge gestört und es ergeben sich Drehzahlabweichungen an den einzelnen Rädern.

Vorzugsweise wird die Fahrzeuggeschwindigkeit mit den an einer Karosserie angreifenden Fahrwiderständen multipliziert, wobei die daraus resultierende Fahrwiderstandskraft vorzeichenrichtig der Differenzkraft hinzugefügt wird. Hierdurch wird eine weitere Annäherung an die tat­ sächlichen Verhältnisse beim Betrieb eines Kraftfahrzeugs auf einer Straße erreicht. Darüber hinaus kann auch noch eine Hangabtriebskraft vorzeichenrichtig der Differenzkraft hinzugefügt werden. Mit den oben beschriebenen Maßnahmen können Testfahrten auf der Straße realistisch nachgebildet werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des im Anspruch 1 beschriebenen Verfahrens besteht erfindungsgemäß darin, daß als Hintermaschine an jeder Achswelle eine Gleichstrommaschine angekoppelt ist, mit deren Rotor ein Tachogenerator verbunden ist, der mit einer Summierstelle verbunden ist, die an einen Rechenbaustein für die Radgeschwindigkeit angeschlossen ist und der ein Prozessor mit einem Speicher für die Kennlinie der Umfangs­ kraft am Reifen nachgeschaltet ist, daß der Ausgang des jeweiligen des Prozessors an eine Summierstelle gelegt ist, die an eine Meßwelle für das Achswellen­ moment angeschlossen ist und über einen Integrator, der einen weiteren Eingang für die Division durch das Radträgheitsmoment aufweist, mit einer Summierstelle verbunden ist, die an dem Tachogenerator und an einen Regelbaustein angeschlossen ist, dem die Gleichstrommaschine nach­ geschaltet ist. Mit dieser Anordnung wird das Drehzahl/Drehmoment- Verhalten einer Radachse realistisch simuliert.

Eingangsgrößen für die Anordnung, die für jede Achse vorhanden ist, sind das gemessene Achswellenmoment und die von einer Fahrzeugsimulation gebildete Radgeschwindigkeit.

Ausgangsgrößen sind die Raddrehzahl und die vom Reifen auf die Straße übertragene Kraft.

Aus dem Schlupf des Reifens und der gespeicherten Schlupfkennline ermittelt die Simulation die vom Reifen auf die Straße übertragene Kraft.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Tachogenerator über einen Funktionsbaustein für die Einstellung des Bremsmoments einer Radbremse an die Summierstelle vor dem Integrator angeschlossen.

In Verbindung mit dem gemessenen Drehmoment und dem Drehmoment der Fahrzeugbremse M_B entsteht durch Integration die Drehzahl des Rades.

Die Abweichung von der idealen Raddrehzahl ergibt sich durch den Schlupf des Reifens:

• a) bei normalem Betrieb durch den Fahrschlupf,
• b) bei überschrittener Haftfähigkeit zur Straße (Durchrutschen des Rades).

Diese beiden Einflußgrößen sind in der Übertragungskennlinie berück­ sichtigt.

Stellglied für das Modell ist die elektrische Gleichstrommaschine, die in der Drehzahl geführt wird.

Innerhalb des Arbeitsbereiches der Gleichstrommaschine wird dabei deren höhere Massenträgheit kompensiert, so daß nur die in den Fahrzeugdaten festgelegte Reifenträgheit wirksam wird.

Eine starre Drehzahlführung ist nicht gegeben, da der Antriebsstrang mit dem von ihm kommenden Achswellenmoment M_A über das Modell die Achs­ wellendrehzahl n_A mitbestimmt.

Dadurch erfolgt die Anpassung z. B. an ganz oder teilweise gesperrte Differentiale oder auch an nicht angetriebene Räder.

Den Kräften an den Radachsen kommt besondere Bedeutung zu, da sich daraus das dynamische Verhalten der Raddrehzahl n_A und damit die Reaktion des Antriebsstranges in bezug auf das von diesem auf die Achswellen geleitete Drehmoment ergibt.

Die Kennlinie der Umfangskraft kann nach Bedarf über ein Terminal dem Prozessor eingegeben werden, und zwar die Umfangskraft am Reifen als Funktion der Drehzahldifferenz zwischen Straße und Reifenumfang. Sie besteht aus zwei Teilkurven:

• 1. Einer reifenabhängigen Schlupfkennlinie, die den normalen Fahrschlupf berücksichtigt;
• 2. einer straßenabhängigen Begrenzung der Übertragungsfähigkeit, die ein freies Durchrutschen des Reifens zur Folge hat, wenn die Zugkraft­ grenze erreicht wird.

Vorzugsweise sind die Ausgänge der Prozessoren für die vier Achswellen mit einer Summieranordnung verbunden, der ein Integrator nachgeschaltet ist, der einen weiteren Eingang für die Division durch das Gewicht eines Kraftfahrzeugs aufweist und dessen Ausgang mit einem Rechenbaustein verbunden ist, der Ausgänge für die vier Radgeschwindigkeiten hat. Mit dieser Anordnung können Drehzahlkorrekturen bei simultierten Kurven­ fahrten einer der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechenden Drehzahl überlagert werden.

Es ist günstig, wenn der Ausgang des Integrators über einen Rechen­ baustein, dem fahrzeugspezifische Konstanten zur Berechnung der Fahr­ widerstände zuführbar sind, auf eine Summierstelle rückgekoppelt ist. Auch eine der Hangabtriebskraft simulierte Einrichtung kann an die Summierstelle angeschlossen sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Allradaggregat, welches in einem Allradprüfstand angeordnet ist,

Fig. 2 schematisch die Struktur der Steuerung für den Allradprüfstand,

Fig. 3 nähere Einzelheiten der in Fig. 2 dargestellten Steuerungs­ bausteine, die sich auf die Simulation eines Fahrzeugs beziehen,

Fig. 4 nähere Einzelheiten der in Fig. 2 dargestellten Steuerungs­ bausteine, die sich auf die Simulation eines Rads an einer Achse des Allradaggregats beziehen.

Ein Allradaggregat 1 ist über eine Welle 2 mit einer Vordermaschine 3, z. B. einem Verbrennungsmotor, verbunden. Die Welle 2 ist an eine Schalt­ kupplung 4 angeschlossen, die ausgangsseitig über eine nicht näher bezeichnete Welle mit einem Getriebe 5 in Verbindung steht. Bei dem Getriebe 5 kann es sich um ein Schaltgetriebe oder ein automatisches Getriebe, z. B. ein Wandlergetriebe, handeln. Dem Getriebe 5 ist z. B. ein unsymmetrisches Verteilergetriebe 6 mit einer Bremse nachgeschaltet, um eine vorgebbare Momentaufteilung zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern zu erreichen. Vom Verteilergetriebe 6 zweigen nicht näher bezeichnete Wellen zu einem Hinterachsdifferentialgetriebe 7 und einer Vorderachskupplung 8 ab. Das Hinterachsdifferentialgetriebe 7 kann eine Bremse 9 aufweisen. Der wahlweise zuschaltbaren Vorderachskupplung 8 ist ein Vorderachsdifferentialgetriebe 10 nachgeschaltet.

Mit den vom Vorderachsdifferentialgetriebe 10 ausgehenden Achswellen sind jeweils eine erste Hintermaschine 11 und eine zweite Hintermaschine 12 verbunden. An die Achswellen des Hinterachsdifferentialgetriebes 7 sind jeweils eine dritte Hintermaschine 13 und eine vierte Hinter­ maschine 14 angeschlossen. Die Hintermaschinen 11 bis 14 sind jeweils als Gleichstrom-Nebenschlußmaschinen ausgebildet und haben den gleichen Aufbau.

Als Antrieb dient insbesondere der Originalverbrennungsmotor.
Die Belastungen an den Achswellen werden mit Hilfe der Gleichstrom­ maschinen simuliert.
Der Prüfbetrieb kann stationäre und dynamische Betriebszustände ent­ halten. Es ist sowohl manueller als auch vollautomatischer Betrieb ohne Bedienungspersonal möglich.
Alle Teile des Prüfaufbaus befinden sich auf einem luftfeder-gelagerten Plattenfeld.
Die Gleichstrommaschinen sind leicht positionierbar. In das System integrierte Festhaltebremsen dienen zur Stall-speed-Prüfung.

Mit dem oben beschriebenen Prüfstand werden komplette Antriebsstränge von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Allradantrieben, geprüft. Neben stationären Belastungen können auch dynamische Ausgleichsvorgänge nachgebildet und geprüft werden.

Auf dem Prüfstand wird das Fahrzeug bzw. der komplette Antriebsstrang einschließlich Verbrennungsmotor aufgebaut.

Anstelle der Räder sind an den vier Achswellen Bremsaggregate mit elektrischen Gleichstrommaschinen angekuppelt.

Die Gleichstrommaschinen simulieren während der "Fahrt" den Drehzahl- Drehmoment-Verlauf der Achswellen. Dieser ist einerseits von Verbrennungsmotor und dem Verhalten des Antriebsstranges, andererseits von den Fahrwiderständen, der Fahrzeug­ masse und dem Übertragungsverhalten des Reifens zur Straße abhängig.

Statt des Fahrers ist mindestens ein Prozessor vorgesehen, welcher über Stellglieder Einfluß auf den Verbrennungsmotor und auf Teile des Antriebsstrangs (Wählhebelstellung, Schaltgetriebe, Kupplung, Differentialsperre usw.) nehmen kann.

Die Struktur der Steuerung für den Allradprüfstand ist in Fig. 2 dar­ gestellt. Die Steuerung umfaßt ein Mehrprozessorsystem, in dem das Fahrprofil 15 für die Prüfvorgänge gespeichert ist. Das Fahrprofil enthält für eine vorgebbare Wegstrecke 16, die als Programm gespeichert ist, Daten über die Sollgeschwindigkeit des Fahrzeugs, die über der Stellung des Gaspedals entsprechende Größen eingestellt wird, und über den einzulegenden Gang bzw. über die Stellung der Bremsen. Vorgegeben wird ferner ein Sraßenprofil 17 in Form eines Programms, in dem Kurven, Steigungen und Haftbeiwerte angegeben sind. Das Straßenprofil 17 wird in Abhängigkeit von der Wegstrecke 16 und dem Fahrprofil 15 gesteuert. Vom Fahrprofil 15 werden Anpaßglieder 18 betätigt, die für die Kraftstoff­ zufuhr die Zündung des Verbrennungsmotors, die Kupplung, die Auswahl der Gänge und die Bremseneinstellung vorgesehen sind. Deshalb sind in Fig. 2 entsprechende Ausgänge 19, 20 und 21 vorgesehen, die jeweils die Kraft­ stoffeinstellelemente, die Kupplung, die Gangschaltung und die Bremsen betätigen. Der Antriebsstrang ist in Fig. 2 mit 22 bezeichnet. Die Ausgänge 20 sind an die Schaltkupplung 4 und das Getriebe 5 gelegt. Es sind vier Regelschaltungen 23, 24, 25, 26 für die einzelnen Achswellen vorgesehen. Die Regelschaltungen 23 bis 24 sind danach noch eingehender erläutert. Der Antriebsstrang 22 enthält das Allradaggregat 1 mit den Hintermaschinen 11 bis 14, sowie danach noch näher erläuterte Meßwert­ geber für die Achswellenmomente und die Achswellendrehzahlen. Die Verbindung der Regelschaltungen 23 bis 26 mit dem Antriebsstrang 22 ist in Fig. 2 durch Pfeile dargestellt, die mit M_{A 1}, n_{A 1}, M_{A 2}, n_{A 2}, M_{A 3}, n_{A 3} und M_{A 4} und n_{A 4} bezeichnet sind. Diese Pfeile beziehen sich auf die Istwerte der Achswellenmomente und der Achswellendrehzahlen. Die Regel­ schaltungen 23 bis 26 sind mit einer Einrichtung 27 zur Fahrzeug­ simulation verbunden. Die Einrichtung 27 ist vorzugsweise Bestandteil des Mehrprozessorsystems und steht auch mit den Anpaßgliedern 18 in Ver­ bindung. In der Einrichtung 27 wird das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, das in Fig. 2 mit v_F bezeichnet ist, gebildet und den Anpaßgliedern 18 zugeführt, um z. B. den jeweiligen Gang und die Kraftstoffzufuhr einzu­ stellen. Die Regelschaltungen 23 bis 26 erhalten aus der Einrichtung 27 als Führungsgrößen Fahrgeschwindigkeiten der Räder, die mit V_{R 1}, V_{R 2}, V_{R 3}, V_{R 4} bezeichnet sind. Der Einrichtung 27 werden aus den Regel­ schaltungen 23 bis 26 jeweils die an den Rädern angreifenden Momente mitgeteilt, aus denen sich die Reifenumfangskräfte, die mit F_{R 1}, F_{R 2}, F_{R 3}, F_{R 4} bezeichnet sind, bestimmen lassen. Außerdem werden der Einrichtung 27 vom Straßenprofil 17 Angaben über Kurven zugeführt, aus denen die Einrichtung 27 die Führungsgrößen der Fahrgeschwindigkeiten der Räder bestimmt. Die Einrichtung 27 für die Fahrzeugsimulation wird von einem Rechenbaustein 28 mit einer der Hangabtriebskraft entsprechenden Größe versorgt. Der Rechenbaustein kann analog oder digital als Programm im Mehrprozessor­ system realisiert sein. Dem Rechenbaustein 28 werden vom Straßenprofil 17 Steigungswerte mitgeteilt. Die Einrichtung 27 steht weiterhin mit einem Rechenbaustein 29 in Verbindung, der die in Fahrtrichtung an der Fahrzeugkarosserie angreifenden Kräfte bestimmt und eine entsprechende Größe, die mit F_w bezeichnet ist, der Einrichtung 27 zuführt. Von der Einrichtung 27 erhält der Rechenbaustein den Wert der Fahrzeug­ geschwindigkeit V_F zugeführt. Die Rechenbausteine 28 und 29 sind je mit einer Einrichtung 30, die die Kraftfahrzeugparameter enthält, verbunden. Als Kraftfahrzeugparameter werden z. B. der Luftwiderstand, die Reibungs­ verluste und die Haftbeiwerte der Reifen vorgegeben.

Die Fig. 3 zeigt im einzelnen den Aufbau der Einrichtung 27 in Verbindung mit den Rechenbausteinen 28 und 29.

Die Einrichtung 27 zur Fahrzeug-Simulation ermittelt die durch die Fahrzeuggeometrie auf die Fahrsimulation einwirkenden Größen.

Es werden die an der Fahrzeugmasse angreifenden Kräfte erfaßt und daraus die mittlere Fahrgeschwindigkeit v_F und die linearen Geschwindigkeiten v_R der Räder berechnet.

Auf die Fahrzeugmasse wirken nachstehende Kräfte:

• - die in Fahrtrichtung an der Karosserie angreifenden resultierenden Fahrwiderstände (Windlast, Rollreibung) F_W=ρ/2 c_W · A · (v_F±v_W)^E+k · v_F (E=1,8 . . . 2)
• - die Kräfte F_R, die über die Reifenoberflächen auf die Straße über­ tragen werden,
  jeweils verursacht durch
  • a) die vom Anriebsstrang über die Achswellen eingeleiteten Drehmomente M_{A 1}, M_{A 2}, M_{A 3}, M_{A 4},
  • b) die Drehmomente an den Fahrzeugbremsen M_{B 1}, M_{B 2}, M_{B 3}, M_{B 4} einschließlich der Radlagerreibung,
  • c) das Drehmoment F_R zur Rückbeschleunigung eines durchgerutschten Reifens auf die aktuelle Fahrgeschwindigkeit.

Die Differenz der Kräfte beschleunigt oder verzögert das Fahrzeug. Die Geschwindigkeit v_F wird durch Integration der Differenzkraft ermittelt. Bei Kräftegleichgewicht bleibt das Fahrzeug auf konstanter Geschwin­ digkeit.

Die Einrichtung 27 enthält eine Summieranordnung 31, in der die Differenzen der an den vier Rädern angreifenden Momente bzw. die resultierenden Umfangskräfte der Reifen F_{R 1} bis F_{R 4}, unter Berück­ sichtigung der Reifendurchmesser, aufsummiert werden.

Die Summe der Reifenumfangskräfte F_{R 1} bis F_{R 4} wirkt gemeinsam mit den Fahrwiderständen auf die Masse des Fahrzeugs, das dadurch beschleunigt, verzögert oder bei Kräftegleichgewicht auf konstanter Geschwindigkeit bleibt.

Zur Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit v_F werden der Summe der Reifen­ umfangskräfte F_{R 1} bis F_{R 4} die Hangabtriebskraft F_H und die in Fahrt­ richtung an der Karosserie angreifenden resultierenden Fahrwiderstände F_W vorzeichenrichtig in einer Summierstelle 32 überlagert. Hieraus ergibt sich eine Differenzkraft ΔF, die einem Integrator 33 zugeführt wird. Eine weitere Eingangsgröße für den Integrator ist das Kraftfahr­ zeuggewicht G, durch das der integrierte Wert dividiert wird. Der Integrator 33 liefert nach der Beziehung

die Fahr­ geschwindigkeit, die dem Rechenbaustein 29 zugeführt wird, der hieraus und aus den Kraftfahrzeugparametern ρ, C_w, A, E und K die resultierenden Fahrwiderstände F_w berechnet.

Die Fahrgeschwindigkeit wird einem Rechenbaustein 34 zugeführt. Die sich daraus ergebende Fahrgeschwindigkeit v_F wird durch die Fahrzeug- Simulation ermittelt.

Jedes Rad besitzt gegenüber der "Straße" eine lineare Geschwindigkeit v_R, die bei Kurvenfahrt gegenüber der mittleren Fahrgeschwindigkeit v_R durch den Schlupf des Reifens von der Umfangsgeschwindigkeit des Reifens (n_A · R_dyn) abweichen kann.

• - Bei Geradeausfahrt, gleichgroßen Reifenradien und ausreichender Haftung der Reifen laufen alle Maschinen mit der der Fahrgeschwin­ digkeit entsprechenden Drehzahl n_ACHSE=v_{F *} 1/R_{dyn *} (1-s)
• - Bei Kurvenfahrt überlagert sich eine Drehzahlkorrektur, die sich wie auf der Straße ausbilden kann, wenn es der Prüfling aufgrund seines Verhaltens zuläßt (freies Differential).

Durch eine Kurvenfahrt ergibt sich eine Verschiebung zwischen rechtem und linkem Rad sowie Vorder- und Hinterachse, die von der Achsgeometrie bestimmt wird, die dem Rechenbaustein 34 zugeführt wird. Dies gilt generell, d. h. auch bei gesperrtem Differential, wenn keine Drehzahl­ abweichung zwischen den Achsen möglich ist.

Der Umrechnungsfaktor wird in der Einrichtun 27 als Kraftfahrzeug­ parameter typenabhängig gespeichert und in der Fahrzeug-Simulation verarbeitet. Der Rechenbaustein bestimmt auf der Grundlage der Achs­ geometrie und des vom Straßenprofil 17 vorgegebenen Kurvenradius die Geschwindigkeiten der Räder V_{R 1}, V_{R 2}, V_{R 3}, V_{R 4}.

Die Fahrgeschwindigkeit v_F wirkt auf die Kraftstoffzufuhr zum Ver­ brennungsmotor 3 ein. Weiterhin wird die Fahrgeschwindigkeit zur Bestimmung des zurückgelegten Wegs benutzt.

In Fig. 4 ist eine Anordnung zur Simulation des Verhaltens eines Rads an einer Achswelle des Allradaggregats 1 dargestellt. Die in Fig. 4 gezeigte Anordnung ist viermal, d. h. für jede Achswelle vorhanden. Mit der Anordnung gemäß Fig. 4 läßt sich das Drehzahl/Drehmoment-Verhalten der jeweiligen Achswelle prüfen.

Mit der jeweiligen Achswelle ist eine Meßwelle verbunden, an die auch der Rotor einer Gleichstrommaschine 36 angeschlossen ist. Mit dem Rotor ist ferner ein Tachogenerator 37 gekuppelt. Der Tachogenerator 37 erzeugt eine der Raddrehzahl n_A entsprechende Größe, die einer Summier­ stelle 38 zugeführt wird. Eine weitere Eingangsgröße für die Summier­ stelle 38 ist die vom Rechenbaustein 34 für das jeweilige Rad berechnete Geschwindigkeit v_R, die als Führungsgröße vorgegeben wird. An der Summierstelle 38 wird die Differenz des Istwerts der Radgeschwindigkeit n_A und der Führungsgröße v_R gebildet. Die Differenz wird einem Prozessor 39 zugeführt. Im Prozessor 35 ist die Schlupfkennlinie des Reifens gespeichert. Die Differenz, die dem Schlupf des Reifens (v_R-n_A · R_dyn) entspricht, wird zur Bestimmung der Reifenumfangskraft F_R mit Hilfe der Schlupfkennlinie benutzt. In der Schlupfkennlinie geht ein Haftbeiwert ein, mit dem die Radhaftung auf dem Straßenbelag berücksichtigt wird. Mit dem Haftbeiwert wird in Verbindung mit der Geschwindigkeit v_R und der Istgeschwindigkeit aus einem Kennfeld eine Größe ermittelt, durch die ein bestimmter Zweig der Schlupfkennlinie ausgewählt wird. Bei überschrittener Haftfähigkeit, d. h. sehr geringem Haftbeiwert, wird ein entsprechender Bereich der Schlupfkennlinie ausgewählt.

Die Reifenumfangskraft F_R wird einer Summierstelle 41 zugeführt, an der auch das Ausgangssignal der Meßwelle 35, also der Istwert des Achs­ wellenmoments M_A ansteht. Weiterhin wird der Summierstelle 41 eine dem Drehmoment der Fahrzeugbremse entsprechende Größe M_B zugeführt, die aus einem Funktionsbaustein 42 gewonnen wird, der eingangsseitig mit dem Tachogenerator 37 verbunden ist. Im Funktionsbaustein ist die Brems­ kennlinie, d. h. das Bremsmoment, in Abhängigkeit von der Drehzahl für die jeweils zu simulierende Bremse gespeichert. Die Ausgangsgröße M der Summierstelle 41 beaufschlagt einen Integrator 43, der das Integral

d. h. eine dem Sollwert der Raddrehzahl entsprechende Größe durch Division mit dem Radträgheitsmoment I bildet. Der Sollwert der Raddreh­ zahl n_A(soll) beaufschlagt über ein Korrekturglied 44, dem noch der Istwert der Raddrehzahl n_A(ist) aus dem Tachogenerator zugeführt wird, ein Summierglied 45, mit dem die Regelabweichung zwischen Soll- und Istwert der Raddrehachse gebildet wird, d. h. n_A(ist)-n_A(soll). Die Regelabweichung beaufschlagt im PID-Drehzahlregler 46, der auf einen Stromrichter 47 einwirkt, der die Gleichstrommaschine 36 speist.

STRASSEN-PROFIL und FAHR-PROFIL können durch wegabhängige ggf. auch zeitabhängige Programme vorgesehen werden, die eine bestimmte Fahr­ strecke darstellen.

In der Einrichtung 30 sind folgende Konstanten und Kennlinien eines Fahrzeugs abgelegt:

• - Fahrzeug-Gesamtgewicht G
• - c_W-Wert
• - Fahrzeugfläche A
• - Luftdichte ρ
• - Exponent der Windwiderstände E
• - Rad-Trägheit I_R
• - dynamischer Rollradius R_dyn
• - max. Bremsmoment je Achse
• - Kurvenkonstante Vorderachse k_Kv (ggf. Kennlinie)
• - Kurvenkonstante Hinterachse k_Kh
• - Fahrschlupf-Kennlinie (Kennfeld) des Reifens
• - max. Fahrgeschwindigkeit
• - max. Motordrehzahl
• - Leerlaufdrehzahl des Motors
• - Getriebeübersetzungen

Die Konstanten wurden zum Teil vorher bereits erwähnt.

Die Fahrschlupf-Kennlinie kann nach Bedarf über ein Terminal eingegeben werden und zwar die Umfangskraft am Reifen als Funktion der Drehzahl­ differenz zwischen Straße und Reifenumfang.

Sie besteht aus zwei Teilkurven:

• 1. einer reifenabhängigen Schlupfkennlinie, die den normalen Fahrschlupf berücksichtigt,
• 2. einer straßenabhängigen Begrenzung der Übertragungsfähigkeit, die ein freies Durchrutschen des Reifens zur Folge hat, wenn die Zugkraft­ grenze erreicht wird.

Claims (8)

1. Verfahren zur Prüfung eines Allradaggregats durch Simulation von Fahrzuständen des zugehörigen Fahrzeugs in einem Allradprüfstand, in dem das Allradaggregat mit einer Vordermaschine und jeweils an den Achswellen mit einer Hintermaschine gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Achswelle die Achswellendrehzahl gemessen und mit einer Führungsgröße, die aus einer Fahrgeschwindigkeit unter Berück­ sichtigung eines jeweils vorgegebenen Kurvenradius für das zugehörige Rad bestimmt wird, zur Bildung einer Drehzahldifferenz verglichen wird, aus der mittels einer Kennlinie, die die Umfangs­ kraft am Reifen als Funktion der Drehzahldifferenz zwischen der Reifendrehzahl und der der Fahrgeschwindigkeit entsprechenden Drehzahl festlegt, die Reifenumfangskraft bestimmt wird, aus der durch Vergleich zumindest mit dem gemessenen Achswellenmoment die Differenz der am Rad angreifenden Momente gebildet wird, aus der durch Integration und Division durch das Radträgheitsmoment der Sollwert der Raddrehzahl bestimmt wird, der mit dem Istwert der Raddrehzahl zur Bildung der Regelabweichung verglichen wird, die über einen Regler die Hintermaschine beaufschlagt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Istwert der Achswellendrehzahl jeweils über eine dem Drehmoment der Radbremse entsprechende Kennlinie ein Bremsmoment bestimmt wird, das vorzeichenrichtig mit dem Istwert des Achs­ moments und der Reifenumfangskraft aufsummiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzen der an den Rädern angreifenden Momente vor­ zeichenrichtig aufsummiert und als Summenkraft vorzeichenrichtig mit auf die Fahrzeugmasse wirkenden, vorgebbaren Kräften zu einer Differenzkraft summiert werden, die nach Integration und Division durch die Fahrzeugmasse als Fahrzeuggeschwindigkeit in Führungs­ größen für die einzelnen Räder umgerechnet werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an einer Karrosserie angreifenden Fahrwiderstände vor­ zeichenrichtig der Differenzkraft hinzugefügt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hangabtriebskraft eines Fahrzeugs vorzeichenrichtig der Differenzkraft hinzugefügt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Hintermaschine an jeder Achswelle eine Gleichstrom­ maschine (36) angekoppelt ist, mit deren Rotor ein Tachogenerator (37) verbunden ist, der mit einer Summierstelle (38) verbunden ist, die an einen Rechenbaustein (34) für die Radgeschwindigkeit angeschlossen ist und der ein Prozessor (39) mit einem Speicher für die Kennlinie der Umfangskraft am Reifen nachgeschaltet ist, daß der Ausgang des jeweiligen Prozessors (39) an eine Summierstelle (41) gelegt ist, die an eine Meßwelle (35) für das Achswellenmoment angeschlossen ist und über einen Integrator (43), der einen weiteren Eingang für die Division durch das Radträgheitsmoment aufweist, mit einer Summierstelle (45) verbunden ist, die an den Tachogenerator (37) und an einen Regelbaustein angeschlossen ist, dem die Gleichstrommaschine (36) nachgeschaltet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Prozessoren (39) für die vier Achswellen mit einer Summierschaltung (31) verbunden sind, der ein Integrator (33) nachgeschaltet ist, der einen weiteren Eingang für die Division durch das Gewicht eines Kraftfahrzeugs aufweist und dessen Ausgang mit einem Rechenbaustein (34) verbunden ist, der Ausgänge für die vier Radgeschwindigkeiten hat.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Integrators (33) über einen Rechenbaustein (29), dem fahrzeugspezifische Konstanten zuführbar sind, auf eine Summierstelle (32) rückgekoppelt ist.